微环境气体调控对磨盘柿冰温贮藏期品质的影响

柿属于柿科柿属浆果类水果,又名侯枣、朱果、红嘟嘟,原产于中国。2016年我国柿子产量达398.9万t,占世界总产量的73%,产量以每年6%～8%的速度增长[1-2]。柿果实是我国重要的经济作物,为四大水果(苹果、梨、葡萄、柿果实)之一[3]。柿广泛分布在许多亚洲国家[4],在我国,主要分布在河北、陕西、河南等地。果实形状多样,香甜多汁,具有较好的营养价值和药用价值,深受消费者的喜爱[5]。磨盘柿属于呼吸跃变型果实,采后贮藏极易发生软化、褐变等问题,导致果实营养成分的损失,从而缩短贮藏时间,降低商品价值。柿果现有的保鲜技术保鲜时间较短,成本较高,操作较复杂。因此,为延长果实的贮藏期,减少营养成分的损失,一套完善的贮藏保鲜技术对于磨盘柿产业发展尤为重要。

果蔬贮藏微环境气体调控是一种新式气调方式,在原始的箱式气调基础上引入新式气体进行双控气调,造成低 O2 和高 CO2 的贮藏环境,并抑制果实生理代谢,进而减少柿果实的生命活动,达到延长柿果实贮藏期和保鲜的目的[6]。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)是一种人工合成的无毒、高效、无气味、稳定性好、易于合成的乙烯受体抑制剂,可阻止乙烯与受体结合,阻碍乙烯引起的成熟反应过程,延缓果实的成熟和衰老[7]。研究发现,柿果实在贮藏期间,采用 1-MCP 处理能够抑制果实硬度降低、呼吸强度和营养成分的流失,维持较好的品质[8-11]。1-MCP对果实有较好保鲜效果,因其成本低,备受关注,在果蔬保鲜方面研究较多。冰温贮藏是将果蔬贮藏在0 ℃以下至各自的冻结点范围内,使果蔬内部组织液未发生冻结的同时仍能有效保持细胞活体状态[12]。与普通低温贮藏相比,冰温贮藏可较好地维持贮藏温度的稳定,且贮藏温度低于普通低温,所以能较好地维持果实的营养成分。研究表明,冰温贮藏可有效抑制柿果营养成分损失,较好地维持贮藏品质,延缓果实的衰老软化以及褐变[13-15]。目前,在冰温贮藏条件下,微环境气体调控(micro-environment modified atmosphere package+1-methylcyclopropene，mMAP+1-MCP)对磨盘柿贮藏品质的影响相关报道较少。本文以磨盘柿为实验材料,通过mMAP+1-MCP结合冰温贮藏果实,研究不同处理对磨盘柿品质的调控,并对磨盘柿贮藏期间感官指标、营养品质、生理指标进行综合评分得出最优处理,测定指标间相关性,以期为柿果微环境贮藏保鲜提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

磨盘柿产自北京房山,于2019年10月采收,果实表面70%以上呈橙黄色,果底部分为黄绿色,为八成熟。选择大小均匀、无病虫害、无机械损伤的果实作为实验用果。保鲜箱(长0.28 m×宽0.22 m×高0.12 m),宁波国嘉农产品保鲜包装技术有限公司;PE袋(厚度0.03 mm)、1-MCP便携包,国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)。

精准温控库(冰温库),国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)；Sigma3-30K高速离心机,德国SIGMA离心机公司；PAL-1便携式手持折光仪,日本ATAGO公司；916 Ti-Touch电位滴定仪,瑞士万通中国有限公司；Check PiontⅡ便携式残氧仪,丹麦 Dansensor 公司；F-900便携式乙烯分析仪,美国FELIX仪器公司；TA.XT.Plus 质构仪,英国SMS公司；CM-700 d色差仪,日本柯尼卡美能达；DDS-307A电导率仪,上海仪电科学仪器股份有限公司；Multiskcan FC酶标仪,Thermo Scientific。

甲醇、磷酸、磷钼酸、饱和碳酸钠溶液、NaOH、草酸、EDTA、偏磷酸醋酸、硫酸、钼酸铵、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、福林酚,天津市江天化工有限公司。

1.2 实验方法

挑选后的磨盘柿装入PE袋中,每箱10 kg,1-MCP处理组在PE袋内放入1袋1-MCP便携包(浓度为1.0 μL/L)扎口存放[16-17],对照组果实不加入1-MCP便携包。采收当天运至实验室,从采收封箱开始计时,18 h后打开箱体,通风2 h进行如下处理。

将磨盘柿果实分为对照(CK)、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP四组,每组2.4 kg果实,分装于保鲜箱内贮藏。CK组：柿果置于保鲜箱中,于冰温(-0.5±0.3)℃,相对湿度80%～90%的条件下贮藏；mMAP组：柿果置于保鲜箱中,保鲜箱贴上气调元件,于冰温(-0.5±0.3)℃,相对湿度80%～90%的条件下贮藏；1-MCP组：将1-MCP处理的柿果置于保鲜箱中,于冰温(-0.5±0.3)℃,相对湿度80%～90%的条件下贮藏；mMAP+1-MCP组：将1-MCP处理的柿果置于保鲜箱中,在保鲜箱表面贴上气调元件,于冰温(-0.5±0.3)℃,相对湿度80%～90%的条件下贮藏。隔15 d测定1次指标,每个处理设置3次重复。

1.3 测定指标及方法

箱体内气体含量：使用便携式气体测定仪每隔15 d测量气调箱内的顶空气体含量；果皮强度：使用质构仪测定，每个处理取6个果实，分别在胴部对立面测2个点，取平均值。测定参数：探头型号P/2；直径2 mm；测试速度2.00mm/s；测定深度6 mm；最小感知力25 g。色泽：使用色差仪测定L*、a*值；可溶性单宁含量：采用Folin-Denis法测定[18]；可溶性固形物含量：使用便携式手持折光仪测定；可滴定酸含量：采用自动电位滴定的方法测定[19]；VC含量：采用钼蓝比色法测定[20]；总酚含量：采用Folin-Ciocalteu法测定[21]；相对电导率：使用电导仪测定；丙二醛含量：采用硫代巴比妥酸法测定[22]；呼吸强度：采用静置法测定[23]；乙烯生成速率：使用便携式乙烯分析仪测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2010对数据进行统计分析与作图；SPSS 19.0进行综合评分；DPS软件对所测平均值最小显著性差异法进行显著性分析(P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著)；SIMCA软件进行主成分分析和正交偏最小二乘判别分析(orthogonality partial least squares discrimination analysis，OPLS-DA),检验其相关性。

2 结果与分析

2.1 mMAP+1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间箱体气体成分含量的影响

果实所处环境的气体成分含量是影响其成熟软化的主要原因之一。由图1-a可知,随着贮藏时间的延长,磨盘柿果实所处环境中的O2含量逐渐减少,其中mMAP2含量均逐渐降低；由图1-b可知,箱体内的CO2含量变化趋势与O2含量相反,随着贮藏时间的延长逐渐增加,CO2含量mMAP>mMAP+1-MCP。表明mMAP+1-MCP可抑制果实生理代谢,进而减少柿果实的生命活动,从而抑制了箱体内CO2含量的升高,O2含量的减低。

2.2 mMAP+1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间色泽和硬度的影响

L*表示黑白或者亮暗,由大到小表示颜色由亮向暗的渐变[24]。4种经过不同处理后果实60 d的色泽见表1。4个处理的磨盘柿L*值呈现逐渐降低的趋势,不同处理间磨盘柿L*值差异较小,相对CK组,各处理组均可较好地维持磨盘柿色泽。在整个贮藏期间,CK组L*最低,可能是CK组柿果所处环境的O2浓度较高,适宜果实表面微生物和致病菌的生长,且生理代谢较旺盛,导致果实衰老加速,黑色素沉积,颜色变暗,处理组具有隔绝O2的效果,所以颜色较亮。a*值由正向负分别表示颜色由红向绿渐变,在贮藏整个周期,不同处理之间的a*差异较小,其中CK>mMAP>1-MCP>mMAP+1-MCP。可能是因为随着贮藏时间的延长,果实的成熟度存在差异,成熟度低的柿果中叶绿素含量高,而成熟度高的柿果类胡萝卜素含量较高,从而使柿果表面存在色泽区别。

果皮强度能够直观反映出柿果实果皮受到外力时的耐受程度。如表1所示,在冰温的贮藏条件下,不同处理的磨盘柿果皮强度随着贮藏时间的延长逐渐降低,其中1-MCP和mMAP+1-MCP可较好地维持果皮强度,mMAP+1-MCP效果最好。mMAP+1-MCP通过维持果实较强的硬度,进而延缓软化衰老,从而达到保鲜的效果,维持果实较好的品质。

2.3 mMAP结合1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间营养品质的影响

磨盘柿是单宁含量最高的水果,单宁不但是产生涩味的主要成分,其含量的变化还显示了柿果的贮藏特性[24-25]。由图2-a可知,贮藏过程中,果实的可溶性单宁含量呈现逐渐降低趋势,果实的涩味逐渐降低,随着时间的延长,可达到缓慢脱涩的效果。在整个贮藏期间,处理组的单宁含量始终高于对照组。

磨盘柿幼果含有大量VC,随着柿果的成熟,VC含量逐渐下降[25]。由图2-b可知,在mMAP结合1-MCP的条件下,磨盘柿的VC含量随着贮藏时间的延长逐渐降低。贮藏时间为60 d时,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP组的VC分别降低了40.624、30.447、30.447、24.608 mg/100 g。在整个贮藏周期中,可看出mMAP 与1-MCP处理差异较小,mMAP+1-MCP处理的磨盘柿VC含量最高,该处理可较好的维持果实VC含量。

可溶性固形物(total soluble solid,TSS)是评价果实品质的重要指标之一,它由大量的水溶性营养物质组成,成分较复杂。由图2-c可看出,在整个贮藏时间,各处理组果实的可溶性固形物含量呈现逐渐升高的趋势,可能是随着果实成熟,原果胶水解为可溶性果胶，淀粉水解为糖,可溶性固形物含量增多。mMAP+1-MCP处理组可溶性固形物较低,说明该处理对磨盘柿具有较好的保鲜效果,可较好地维持果实品质。

磨盘柿含酸量虽少,但它是影响果实风味品质的重要指标[24]。由图2-d可看出,各处理组结合冰温贮藏对磨盘柿的可滴定酸含量影响较小,在整个贮藏周期中呈现较小的降低趋势。当贮藏时间在0 d时,果实的可滴定酸含量最高,贮藏60 d时最低,各处理组可滴定酸含量排序为mMAP+1-MCP>mMAP>1-MCP>CK。可能是随着贮藏时间的延长,果实成熟,生理代谢增强,有机酸作为代谢底物被逐渐消耗。

2.4 mMAP结合1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间生理指标的影响

2.4.1 mMAP结合1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间丙二醛和相对电导率的影响

丙二醛含量是评价果实衰老的重要指标之一,也是膜脂过氧化作用的主要产物之一,其含量的增加,是膜脂过氧化加强,膜受伤而加剧衰老的表现,其含量可反映细胞膜脂过氧化的程度[25]。由图3-a可知,随着贮藏时间的延长,磨盘柿的丙二醛含量呈现上升的趋势,可明显看出,3种处理组的丙二醛含量明显低于CK组。当贮藏60 d时,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP结合冰温组的丙二醛含量均达到最大值,分别为4.466、3.828、3.874、3.565 mmol/g。

膜在植物组织的新陈代谢过程中具有重要作用,细胞膜透性的高低可以反映细胞膜的完整程度和稳定性,在一定程度上也反映了细胞受伤害的程度[25]。相对电导率是反映组织细胞膜透性的重要指标,细胞膜相对电导率越高,说明细胞膜透性越大,膜受伤的程度也越大。由图3-b可看出,随着贮藏时间的延长,磨盘柿相对电导率逐渐升高,当贮藏时间为60 d时,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP结合冰温贮藏的磨盘柿相对电导率分别为43.582%、37.655%、35.883%、35.216%,说明mMAP+1-MCP可维持果实较好的细胞膜完整程度。

2.4.2 mMAP+1-MCP对磨盘柿冰温贮藏期间呼吸强度和乙烯生成速率的影响

果实的呼吸强度也是影响果实成熟软化的重要指标之一。由图4-a可知,4个处理的磨盘柿果实呼吸强度呈先升高后降低的变化趋势,当贮藏45 d时,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP处理的呼吸强度达到最大值。可明显看出,在整个贮藏过程中,CK组的呼吸强度始终高于处理组,说明mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP均可抑制磨盘柿呼吸强度,进一步延缓果实的衰老成熟。

由图4-b可看出,随着贮藏时间的延长,磨盘柿果实的乙烯生成速率呈现先升高后降低的变化趋势,在贮藏时间为45 d时达到最大值。其中CK>1-MCP>mMAP>mMAP+1-MCP,说明mMAP+1-MCP结合冰温可较好地抑制果实的乙烯生成速率。乙烯是一种可以促进果实成熟的植物激素,mMAP+1-MCP结合冰温通过抑制果实的乙烯生成速率,从而降低乙烯的含量,延缓果实的成熟软化进程,最终达到保鲜的效果。

2.5 主成分分析法综合评价磨盘柿品质

利用磨盘柿不同贮藏期测定的L*、a*、VC含量、可滴定酸含量、可溶性固形物含量、可溶性单宁含量、果皮强度、丙二醛含量、相对电导率、呼吸强度、乙烯生成速率作为不同纬度作主成分分析,自动拟合成2个主成分,如表2所示。

由表2可以看出,用主成分分析法可以提取出2个主成分,包含的信息量占总信息量的96.017%,可以充分反映原始数据的主要信息。

根据主成分得分计算相关性综合得分(F),计算公式为F=(F1×88.989+F2×7.119)/96.017,由此计算出贮藏期间4种处理方式与磨盘柿品质指标综合相关性的相对程度。综合得分越高,说明该种处理方式所得的磨盘柿品质越好,排名越高，反之则越低。在贮藏期间,综合得分CK

2.6 基于多元化变量统计分析法研究mMAP+1-MCP结合冰温对磨盘柿品质的影响

本文使用主成分分析、OPLS-DA,以更全面的方式分析柿果理化指标与处理方式的关系,以探索它们的相对变异性。

利用测得的磨盘柿L*、a*、TSS、VC、可滴定酸含量、可溶性单宁含量、丙二醛含量、相对电导率、乙烯生成速率、呼吸强度、果皮强度指标作为不同维度进行主成分分析,自动拟合出2个主成分。如图5所示,第1主成分与第2主成分贡献率分别为88.9%与7.12%,累计贡献率96.02%,基本代表所有信息。每个贮藏时间,CK组与mMAP+1-MCP与其他处理组相隔较远,差异极显著,CK组与mMAP、1-MCP之间差异较显著,mMAP和1-MCP差异较小。60 d时各处理对应载荷图在第3象限,CK组、mMAP、1-MCP与磨盘柿丙二醛、相对电导率相关性较高。

为体现磨盘柿不同处理间的具体差异指标,利用OPLS-DA 模型中 SUS-plot和变量投影重要度(variable importance in the projection，VIP)进行分析,根据VIP>1，mMAP+1-MCP组与其他3组的差异指标为VC、呼吸强度和相对电导率(图6)。VC为特征指标,主要原因可能是CK组果实在贮藏中期已经进入衰老期,而经处理的果实还未进入衰老的状态,因此 VC含量较高,使CK组与其他3种处理组分开。呼吸强度为特征指标的主要原因可能是果实逐渐成熟衰老,出现乙烯跃变峰等现象,导致不同处理组区分开来。相对电导率为特征指标的主要原因可能是随着果实的衰老软化,组织细胞膜透性增大,细胞膜相对电导率增高。

3 结论与讨论

本文采用mMAP+1-MCP结合冰温贮藏磨盘柿,研究贮藏期品质的变化。研究表明,与对照和其他2种处理相比,mMAP+1-MCP处理可较好地维持果实原有色泽,减缓果皮强度的下降、延缓果实贮藏期间VC含量、总酚含量、可溶性单宁含量的降低,减缓箱体O2消耗,降低果实呼吸强度和乙烯生成速率,抑制果实相对电导率、丙二醛含量、箱体内CO2上升。原因可能是微环境气调营造了一个适宜磨盘柿贮藏的环境,以及1-MCP阻止乙烯与受体的结合,阻碍乙烯引起的成熟反应过程,延缓果实的成熟和衰老。SPSS综合评分显示,mMAP+1-MCP处理组综合得分最高,果实的品质最佳。主成分分析显示,贮藏60 d,用主成分分析法可以提取出2个主成分，包含的信息占总信息量的96.02%,mMAP+1-MCP处理方式与丙二醛含量、相对电导率的相关性较低。通过SUS-plot 图和VIP值具体分析可得,磨盘柿mMAP+1-MCP与其他3组的差异指标为VC、呼吸强度和相对电导率。说明mMAP+1-MCP结合冰温贮藏磨盘柿可较好地维持果实品质。

在整个贮藏期间,与对照相比,1-MCP、mMAP和mMAP+1-MCP处理均可较好地维持磨盘柿原有感官品质和营养品质,降低果实呼吸强度和乙烯生成速率,对果实的软化衰老具有延缓的作用,其中处理mMAP+1-MCP效果最佳,优于1-MCP和mMAP。

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